基于CMOS亚阈值特性的低功耗温度传感器

第２７卷第９期　半导体学报　ＶＯ１．２７　ＮＯ．９　Ｓｅｐ．，２００６　２００６年９月　ＣＨ１ＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ　基于ＣＭＯＳ亚阈值特性的低功耗温度传感器　张　洵　王　鹏　靳东明　（清华大学微电子所，北京１０００８４）　摘要：针对片上系统测温及其过温保护问题，提出了一种基于ＣＭＯＳ亚阈值特性制造的低功耗温度传感器．　ＣＳＭＣ　０．６Ｆｍ数模混合工艺仿真表明，其在一５０～１５０￣Ｃ的温度范围内，都能良好工作，且因为运放负反馈结构对　电源电压具有较高的抑制，在２～６Ｖ的范围内都能得到正确的输出结果．芯片实测，温度灵敏度为０．７７Ｖ／℃．因为　基于ＣＭＯＳ亚阈值特性产生了电路的偏置电流，所以工作电流仅１６ＦＡ．芯片面积３００Ｆｍ×２５０Ｆｍ．该传感器的特　性表明它非常适用于高容量的集成微系统中．在计算机、汽车电子、生物医学等领域有着广阔的应用前景．　关键词：温度传感器；温度保护电路；电源电压抑止比；温度灵敏度　ＥＥＡＣＣ：１２０５；２５６０；２５７０Ｄ　中图分类号：ＴＮ４７　文献标识码：Ａ　文章编号：０２５３—４１７７（２００６）０９—１６７６—０５　１　引言　集成电路的热效应是指由于集成电路器件及金　属互连线上的能量消耗而造成芯片内部温度场分布　的不均匀，从而引起电路参数变化，性能变坏，甚至　逻辑功能错误，使芯片无法正常工作ｕ　Ｊ．　目前，集成电路热效应越来越严重，早期ＰＣ的　整机功耗只有１００多瓦，而现在Ｉｎｔｅｌ的６５ｎｍ单核　奔腾四处理器（Ｐｒｅｓｃｏｔｔ核心）的功耗就已经达到了　９５Ｗ，并且这种温度增长趋势还在继续．研究表明，　芯片温度平均每升高１℃，ＭＯＳ管的驱动能力将下　降约４％，连线延迟增加５％，集成电路失效率增加　倍ｌ＿５］．而目前业界流行的设计模拟软件（如Ｃａ—　ｄｅｎｃｅ，Ｈｓｐｉｃｅ，ＩＲＳＩＭ等）大都只是假定所有器件　一２　ＣＭＯＳ温度传感物理原理　本征载流子浓度与禁带宽度具有如下关系式ｌ［６］：　一Ｆ　ｎ　＝Ｎ　Ｎ　ｅｘｐ　』　（１）　这里　Ｎ　和Ⅳ　分别是导带底和价带顶有效态密　度；良是玻尔兹曼常数．高纯度ｓｉ的禁带宽度Ｅ　是　１．１２ｅＶ，但随着材料温度增加而减小，这是因为材　料体积会随温度变化．另外，因为载流子迁移率　与　两次碰撞间的平均自由程相关，而这主要是由电离　杂质散射、声学波散射、光学波散射这三种散射机制　决定的，而声子散射和温度相关．　从电路级审视这个问题，工作于强反型饱和区　的ＭＯＳ结构满足如（２）式所示的方程：　．．　在同样温度下工作．因此，针对此类“热障”问题，片　上测温并及时切断过热单元工作电源的温度保护电　路已经成为迫切需要解决的重要问题．　，ｄ＝／ｚｎ　￣ｏｘ　Ｓ（Ｖ　。一ＶＴ）　（２）　般ＣＭＯＳ集成温度传感器有三种输出类型：　线性输出、临界点输出和数字化输出．其中临界点输　出的温度传感器即温度保护电路，通过探测温度以　防止过热，具有临界温度点易于调整，与后端逻辑电　路匹配，对工艺波动不敏感，电路结构简单等优点．　本文提出一种Ｉ临界点输出的温度传感器，其中　第２部分介绍了ＣＭＯＳ温度传感器用于测温的物　理基础；第３部分讨论了一种实用新型ＣＭＯＳ温度　保护电路的电路结构和工作原理；第４部分是仿真　和实测结果的分析比较．　一式中Ｓ＝　／Ｌ和栅氧电容Ｃ。　是与温度无关的，　而载流子迁移率　和阈值电压　与温度相关，其　关系如（３），（４）式描述　ＶＴ（丁）：ＶＴ（Ｔ。）＋ａｖＴ（Ｔ～Ｔ。）　（３）　（丁）：　（Ｔｏ）（丁／Ｔｏ）　（４）　式中ａ　，ａ、，　是工艺常数．一般ａ　在掺杂浓度｜Ｖ　，　｜Ｖ。＜１０　ｃｍ　时，对于ｎ型硅和Ｐ型硅分别是　２．４２和一２．２；当掺杂浓度上升到１０”ｃｍ　时，ａ　变成一１．２和一１．９ｌ＿７］．标准ＣＭＯＳ工艺下，一般　一｜ＶＡ和｜Ｖ。都是１０　～１０　ｃｍ～，所以ｎＭＯＳ更容易　得到零温度系数点（ｚｅｒｏ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，　十通信作者．Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｕｎ９７＠ｍａｉｌｓ　ｔｈｕ　ｅｄｕ．ｃＤ　２００６—０３．０９收到，２００６．０４　０９定稿　⑥２００６中国电子学会　维普资讯 http://www.cqvip.com

第９期　张　洵等：　基于ＣＭＯＳ亚阈值特性的低功耗温度传感器　ＺＴＣ）［　，即不同温度下的一簇　曲线会交汇　于一点．ａｖＴ一般介于一１～一４ｍＹ／℃　．　在以往的设计中，集成温度传感器的实现方案　常采用和ＣＭＯＳ工艺兼容的寄生三极管，构造和绝　对温度成正比（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｔｏ　ａｂｓｏｌｕｔｅ　ｔｅｍｐｅｒａ－　ｔｕｒｅ，ＰＴＡＴ）的电压或电流输出加以实现ｕ　．但纵　向ＢＪＴＣ　朝集电极和芯片衬底短接，限制了它的应　用范围；而横向ＢＪＴ［Ｈ　会因为基区掺杂浓度的偏　差造成沟道下载流子迁移率的不均匀，同时因侧向　扩散导致基极．发射极面积、基极宽度无法精确控　制，所以这种晶体管的电流增益一般小于５，而且通　过ＣＶＢＴ向衬底的漏电可能高达５０％．此外，这两　种实现方案在ＡＣ电源下，都会因为衬底漏电流的　存在，出现信号幅度随频率变动的现象口　．而利用　工作于亚阈值区的ＭＯＳＦＥＴ构造的ＰＴＡＴ则不存　在上述缺陷口　，虽然温度灵敏度只有　１．３２ｍＶ／℃，用于线性输出略显不足，但却适于构　造温度保护电路．本文通过一个简单的运放反馈结　构，解决了传统亚阈值结构对偏置源大到１０¨０ｍＶ／　Ｖ的依赖．　３　实用新型ＣＭＯＳ温度保护电路　虽然过去已有大量基于ＣＭＯＳ结构的温度传　感器电路被提出［８，１９－２１］，但本文所设计的温度保护　电路具有以下优势：　首先，偏置电流产生模块工作于ＣＭＯＳ亚阈值　区，功耗极低，不会因自热效应影响到温度的检测．　其次，采用运放负反馈结构，能在很大的电压范　围内给出稳定的输出．　再次，输出为ＶＤＤ和ＧＮＤ两种状态，易于与　后端数字电路接口，且温度翻转点只需要简单调整　预设的电阻值就可以实现．　最后，由于最终的输出信号可以通过合理设置　电路结构中的参数加以调整，所以对工艺波动具有　较强的抑制作用．　图１（ａ）是这种新结构的ＣＭＯＳ温度保护电路．　其中Ｍｐ１．Ｍｐ２，Ｍｎ１．Ｍｎ２，Ｒ１构成了一个ＰＴＡＴ　产生源，以提供整个电路的电流偏置．Ｍｄｌ～Ｍｄ４　是一种简单的运放，用以抑制沟道长度调制效应并　提高电源电压抑止比（ｐｏｗｅｒ－ｓｕｐｐｌｙ　ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉ－　Ｏ，ＰＳＲＲ），同时和Ｍｐｌ～Ｍｐ４构成了一种高精度的　电流镜结构．偏置电流　通过镜像管Ｍｐ３放大Ａ　倍后加载在二极管连接形式的Ｍｎ３上，形成了基于　ＺＴＣ结构的恒压源；与此同时，由镜像管Ｍｐ４提供　偏置电流的电阻尺　产生了　耐　．通过后端的比较　器，将不随温度变化的　与一个和温度呈线性变　化关系的　耐ｚ做比较，就可以得到在某一固定温度　下的输出翻转　。　，既实现了数字化输出，也易于后　端数字电路的处理．从图１（ｂ）可以看到，通过改变　电阻尺　的值就能很容易得到不同的温度警戒点　丁　，以上即是该温度传感器实现温度保护的机理．　Ｍｐ　Ｋ　（ｂ）　图１实用新型ＣＭＯＳ温度保护电路（ａ）电路结构；（ｂ）原理　Ｆｉｇ．１　Ｎｏｖｅｌ　ＣＭＯＳ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　（ａ）Ｃｉｒｃｕｉｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；（ｂ）Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　采用长沟器件避免短沟道效应，忽略体效应，则　由图１很容易得到：　＝　ｃ　＝　＋　（５）　Ｍｎ１．Ｍｎ２工作在亚阈值区，若源漏电压　ｏｓ≥　３Ｕ　，则它们满足（６）式［２　：　ｓ＝Ｍ　Ｔ１　×专）　（６）　这里　Ｎ＝１＋ＣＤ／Ｃ。　；ＵＴ＝ｋＴ／ｑ；ＩＥＳ＝　。　ＮＵ￣ｅｘｐ（一Ｖ。　／ＮＵＴ）；Ｖ。　＝ＶＴ＋～ｕＴ．于是由基　尔霍夫电压定律得到：　＝　ｎ　㈩　因为，　Ｒ１＝Ｒ１ｏ［１一ａＲ１（Ｔ—Ｔ０）一ａＲ２（Ｔ—Ｔｏ）　］　≈Ｒ１。（丁／Ｔ。）～ｎ　（８）　式中　Ｒ　。是尺　在丁。时的值；ａｎ　和ａＲｚ分别是电　阻的一阶和二阶温度系数．于是有，　一　＋　（　）　（９）　维普资讯 http://www.cqvip.com

半导体学报　第２７卷　这里　ｌｎ　９）式求偏导可以得到　一一　十　√／＾、／——＾１　ｏ　Ｃｏｘ　ＳＭ．３×　—　（Ｊ（５丁ｏ－）　（１Ｏ）　令（ａ　／ａ丁）ｌ　：　：。００Ｋ＝０，则得到零温度系　数的　ｒｅｆ　输出．在ＣＳＭＣ　０．６ｐ．ｍ工艺下，ａ　＝３．０４　×１０一／ｃ，ａｖＴ＝１．１１８ｍＶ／℃，ｄ　＝１．６４５，　＝　４．２６×１０　ｍ　／（Ｖ・ｓ），Ｃ。　＝２．７６３×１０Ｉ。Ｆ／ｍ　．　所以最后得到　，０／ＳＭ　。＝３．７９ｐ．Ａ．而由图１和（７）　式可以很容易得到Ｖ　＝　×鲁ｌｎ　，除了　常数　而外＇乘ＩＪ下的电路参数Ｂ，　和　都以　比值形式出现，这意味着可以通过调整电路参数，而　不是工艺参数，对该结构进行优化．此外，由于　ａ　Ｖｒｅｆ　／ａＴ　＝１．１９６ｔＬＶ／￣Ｃ　，所以即使是在丁０附近　较宽的温度范围内，Ｖ　基本也是恒定的．　图１所示电路结构的最小供电电压必须保证　Ｍｐ３和Ｍｐ４不进入线性区，这就要求　。。≥　＋　２　Ｄｓ　，在ＣＳＭＣ　０．６ｐ．ｍ工艺下这个值约为１Ｖ，若　采用ＴＳＭＣ　０．１８　ｍ工艺可以减小为０．６５Ｖ．　４电路仿真和测试　图２是这种新型ＣＭＯＳ温度保护电路的输出　电压　随温度变化的仿真曲线，采用ＣＳＭＣ　０．６ｐ．ｍ数模混合工艺模拟．其中，图２（ａ）是通过改　变图１中电阻尺　的阻值，以得到不同的温度翻转　点Ｔ　；图２（ｂ）则是在Ｒ　＝５００ｋｆｌ时，芯片工作在　不同　。。电压下的　输出．　图３是封装后芯片的测试结果，电阻Ｒ　＝　５００ｋｆ１．芯片在北京宇翔公司封装，采用军用标准氮　气填充，水汽含量小于５０００ｐｐｍ，适用于一５０～　２００℃范围测量．放在台式干燥箱ＤＧＢ／２０．００２中测　试，数据点读取采用四位半数字万用表．从图中可以　看出，实测输出曲线与仿真值在绝对值上略有差异，　但趋势一致．这不仅是因为工艺波动导致ＰＴＡＴ产　生源得到的偏置电流偏大所致，同时也因为工艺波　动致使后级比较器性能产生变化．此外，因为比较器　输入差分对的器件失配，可能导致ｍＶ量级的输入　电压失调，而每一度的温度变化所造成的　改变　也不足ｌｍＶ，同时　的恒压源也不能完全做到零　温度系数，这些都造成了最后的性能偏差．实测发现　在　。。在２～６Ｖ的范围内，都能得到正确的结果，　这里给出了Ｖ。。＝２和５Ｖ的两组测试．　图４是芯片照片，采用Ｋｅｙｅｎｃｅ公司的ＨＤ．　８０００数字显微镜拍摄．该芯片面积为３００ｔ￣ｍ×　图２电路仿真（ａ）输出电压随温度变化曲线；（ｂ）输出电压　随　ｏｏ变化曲线　Ｆｉｇ．２　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　（ａ）Ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｖｅｒｓｕｓ　ｔｅｍ－　ｐｅｒａｔｕｒｅ；（ｂ）Ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｖｅｒｓｕｓ　ＶＤＤ　图３芯片实测　Ｆｉｇ．３　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈｉｐ　２５０ｗｍ，静态工作电流仅１６ｔＬＡ．　目前，学术界通常只致力于线性输出的温度传　感器的制作［８　。　，而温度控制属于智能传感　器应用的重要领域，在产业界应用十分广泛．它一般　有两种实现思路：一种的运作机理是通过片内集成　的ＡＤＣ将温度传感器的线性输出进行数字量化，　然后通过计数器和比较器，与片上ＲｏＭ中用户设　置的温度值进行比较，再经由单片机等控制逻辑的　判断，进行报警或展开温度保护的一系列措施（如切　断核心单元电源，控制风扇转速以降温），典型产品　维普资讯 http://www.cqvip.com

第９期　张　洵等：　基于ＣＭＯＳ亚阈值特性的低功耗温度传感器　１　６７９　图４芯片照片　Ｆｉｇ　４　Ｃｈｉｐ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ　如Ｄａｌｌａｓ公司的ＤＳ１８Ｂ２０和ＤＳ１６２９，Ｍａｘｉｍ公司　的ＭＡＸ６６２６和ＭＡＸ１６６８，ＡＤＩ公司的ＡＤ７４１７，　ＮＳ公司的ＬＭ８３和ＬＭ７６，此类传感器因为结构复　杂功能繁多，一般功耗在ｍＷ量级以上；另一种思　路是通过恒流源单元产生的恒定电流，在片外电阻　上产生一个不随温度改变的压降，与片内温度传感　器的线性输出进行比较，典型产品如ＡＤＩ公司的　ＴＭＰ０１，ＮＳ公司的ＬＭ５６，目前功耗也在ｍＷ量　级．　而本文介绍的基于ＣＭＯＳ亚阈值特性构造的　温度保护电路，与方法二类似，但因其结构简单功耗　极低（只有几十　Ｗ），而且能很好地实现温度保护　的功能，所以具有广阔的应用前景．但因为ＣＳＭＣ　工艺不稳定，目前在温度设定点的制作和仿真之间　尚存在一定的差距，这可以通过选用工艺更为稳定　的代工厂如ＳＭＩＣ加以弥补．　５　结论　提出了一种基于ＣＭＯＳ亚阈值特性的低功耗　温度传感器，并以此设计了新型ＣＭＯＳ温度保护电　路，数字化输出方便了后端逻辑电平匹配，仿真和实　测都表明在较宽的温度范围内，芯片都能获得良好　的工作性能．实测温度灵敏度为０．７７Ｖ／℃，静态工　作电流仅１６　Ａ，且在２～６Ｖ的工作电压下芯片都　能做出正确响应．芯片面积仅３００￣ｍ×２５０￣ｍ，所以　便于构建片上集成温度保护电路，在计算机、汽车电　子等领域有着广泛的应用前景．　致谢　感谢徐志浩在本文的测试和写作过程中给予　的支持和帮助．　参考文献　［１］　Ｋｒｉｅｇｅｒ　Ｇ，Ｅｉｎｚｉｇｅｒ　Ｐ　Ｄ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＥＳＤ．ｒｅｌａｔｅｄ　ｈｏｔ　ｓｐｏｔｓ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ，　１９８８，３５（９）：１５５３　［２］　Ｂａｎｅｒｊｅｅ　Ｋ，Ａｍｅｒａｓｅｋｅｒａ　Ａ，Ｃｈｅｕｎｇ　Ｎ，ｅｔ　ａ１．Ｈｉｇｈ—ｃｕｒｒｅｎｔ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ＶＬＳＩ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｓｈｏｒｔ—ｐｕｌｓｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｌｅｔｔ，１９９７，１８（９）：　４０５　［３］　Ｃｈｉａｎｇ　Ｔ　Ｙ，Ｂａｎｅｒｊｅｅ　Ｋ，Ｓａｒａｓｗａｔ　Ｋ　Ｃ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ　ＶＬＳＩ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ　ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ　ｖｉａ　ｅｆｆｅｃｔ．ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｌｅｔｔ，２００２，２３（１）：３１　［４］　Ｒｚｅｐｋａ　Ｓ．Ｂａｎｅｒｊｅｅ　Ｋ。Ｍｅｕｓｅｌ　Ｅ，ｅｔ　ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｆ．ｈｅａｔｉｎｇ｛ｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ＶＬＳ　ｒ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ　ｌｉｎｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｊｍｕｌａｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｃｏｍｐ，Ｐａｃｋ－　ａｇ，Ｍａｎｕｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌ　Ａ，１９９８，２１（３）：４０６　［５］　Ｃｈａｎｄｒａｋａｓａｎ　Ａ　Ｐ，Ｓｈｅｎｇ　Ｓ，Ｂｒｏｄｅｒｓｏｎ　Ｒ　Ｗ．Ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ　ＣＭＯＳ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ＩＥＥＥ　Ｊ　Ｓｏｌｉｄ—Ｓｔａｔｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ，１９９２，２７　（４）：４７３　［６］　Ｄｏｎａｌｄ　Ａ　Ｎ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｉｃｅｓ：ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎ—　ｃｉｐｌｅｓ．３ｒｄ　ｅｄ．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：ＭｅＧｒａｗ．Ｈｉｌｌ，２００３　［７］　Ｓｚｅ　Ｓ　Ｍ．Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｏｆ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ．２ｎｄ　ｅｄ　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ，１９８１　［８］　Ｆｉｌａｎｏｖｓｋｙ　Ｉ　Ｍ，Ａｌｌａｍ　Ａ．Ｍｕｔｕａｌ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｗｉｔｈ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ＣＭＯＳ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ　Ｓｙｓｔ　ｉ，２００１，４８（７）：　８７６　［９］　Ｔｓｉｖｉｄｉｓ　Ｙ　Ｐ．Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭＯＳ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：ＭｅＧｒａｗ．ＨｉｌＬ，１９８７　［１０］　Ｌａｋｅｒ　Ｋ　Ｒ，Ｓａｎｓｅｎ　Ｗ　Ｍ　Ｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｎａｌｏｇ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒ－　ｃｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：ＭｅＧｒａｗ．Ｈｉｌｌ，１９９４　［１１］　Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ　Ｗ．Ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｂｏｓｔｏｎ：Ａｒ．　ｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ。１９９４　［１２］　Ｂａｋｋｅｒ　Ａ，Ｈｕｉｊｓｉｎｇ　Ｊ　Ｈ　Ｍｉｃｒｏｐｏｗｅｒ　ＣＭＯＳ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｏｕｔｐｕｔ．ＩＥＥＥ　Ｊ　Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，１９９６，　３１（７）：９３３　［１３］　Ｐｅｒｔｉｊｓ　Ｍ，Ｎｉｅｄｅｒｋｏｒｎ　Ａ，Ｍａ　Ｘ，ｅｔ　ａ１．Ａ　ＣＭＯＳ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｗｉｔｈ　ａ　３ａ　ｌｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ±０．５℃ｆｒｏｍ一５０℃ｔｏ　１２０℃．ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｏｌｉｄ．Ｓｔａｔｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　（ＩＳＳＣＣ），２００３，１：２００　［１４］　Ｆｅｒｒｏ　Ｍ，Ｓａｌｅｒｎｏ　Ｆ，Ｃａｓｔｅｌｌｏ　Ｒ．Ａ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　ＣＭＯＳ　ｂａｎｄｇａｐ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＩＥＥＥ　Ｊ　Ｓｏｌｉｄ－　Ｓｔａｔｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，１９８９，２４（３）：６９０　［１５］　Ｂｉａｎｃｈｉ　Ｒ　Ａ，Ｋａｒａｍ　Ｊ　Ｍ，Ｃｏｕｒｔｏｉｓ　Ｂ，ｅｔ　ａ１．ＣＭｏＳ．ｃｏｍｐａｔｉ－　ｂｌｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｆｏｒ　ｗｉｄｅ　ｔｅｍｐｅｒａ—　ｔｕｒｅ　ｒａｎｇｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２０００，３１：　８０３　［１６３　Ｍｉｒｉｂｅ１．ＣａｔａｌｄＰ，Ｍｏｎｔａｎ６　Ｅ，Ｂｏｔａ　Ｓ　Ａ，ｅｔ　ａ１．ＭＯＳＦＥＴ—ｂａｓｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｆｏｒ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ＢＣＤ　ｓｍａｒｔ　ｐｏｗｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏ－　ｇｙ．ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒＯｎｉｃｓ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２００１，３２：８６９　［１７］　Ｍｉｄｄｅｌｈｏｅｋ　Ｓ，Ａｕｄｅｔ　Ｓ　Ａ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｓｅｎｓｏｒｓ　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ａｃａ—　ｄｅｍｉｃ。１９８９　［１８］　Ｋｏｌｌｉｎｇ　Ａ，Ｂａｋ　Ｆ，Ｂｅｒｇｖｅｌｄ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ＣＭｏＳ　ｔｅｒｎ－　ｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｗｉｔｈ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｕｔｐｕｔ．Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　Ａ，１９９０，Ａ２１～Ａ２３：６４５　［１９］　Ｆｉｌａｎｏｖｓｋｙ　Ｉ　Ｍ．Ｉｎｐｕｔ．ｆｒｅｅ　ＶＴＰ　ａｎｄ．ＶＴＮ　ｅｘｔｒａｃｔｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｃｈｉｐ．Ａｎａｌｏｇ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｎｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９９９，１９：１５１　Ｅ２Ｏ］　Ｓｚｅｋｅｌｙ　Ｖ，Ｍａｒｔａ　Ｃ，Ｋｏｈａｒｉ　Ｚ，ｅｔ　ａ１．ＣＭＯＳ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｆｏｒ　ｏｎ—　ｌｉｎｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ＶＬＳ１　ｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｖｅｒｙ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（ＶＬＳＩ）Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９７，５　（３）：２７０　Ｅ２１Ｊ　Ｚｈａｎｇ　Ｘｕｎ，Ｗａｎｇ　Ｐｅｎｇ，Ｊｉｎ　Ｄｏｎｇｍｉｎｇ．Ａ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ＣＭＯＳ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，　２００５，２６（１１）：２２０２（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［张洵，王鹏，靳东明．一种新　维普资讯 http://www.cqvip.com

１６８Ｏ　半导体学报　第２７卷　型的ＣＭＯＳ温度传感器．半导体学报，２００５，２６（１１）：２２０２１　［２２］Ｇｒａｙ　Ｐ　Ｒ，Ｈｕｒｓｔ　Ｐ　Ｊ，Ｌｅｗｉｓ　Ｓ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｎａｌｏｇ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ．４ｔｈ　ｅｄ．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆　Ｓｏｎｓ．２００１　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｅｎｓｏｒｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＭＯＳ　Ｓｕｂ—Ｔｈｒｅｓｈ０Ｉｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　Ｚｈａｎｇ　Ｘｕｎ　，Ｗａｎｇ　Ｐｅｎｇ。ａｎｄ　Ｊ　ｉｎ　Ｄｏｎｇｍｉｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　ｗｉｄｅ－ｒａｎｇｅ　ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ　ｓｍａｒｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＣＭＯＳ　ｓｕｂ．ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｏｎ－ｃｈｉｐ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ＣＳＭＣ　０．６ｕｍ　ｍｉｘｅｄ—ｓｉｇｎａｌ　ＣＭＯＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗｏｒｋｓ　ｗｅｌｌ　ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒａｎｇｅ　ｆｒｏｍ～５０　ｔｏ　１５０℃．Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｆｅｅｄｂａｃｋ，ｉｔ　ｈａｓ　ａ　ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｕｎｄｅｒ　ＶＤＤ　ｆｒｏｍ　２　ｔｏ　６Ｖ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｉｓ　０．７７Ｖ／℃．Ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｉｓ　１６ｕＡ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｂｉａｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｇｅｎ．　ｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＣＭＯＳ　ｓｕｂ．ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｔｈｅ　ｃｈｉｐ　ａｒｅａ　ｉｓ　３００￣ｍ×２５０ｔ￣ｍ．Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｍａｋｅ　ｉｔ　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｌｏｗ－ｃｏｓｔ　ｈｉｇｈ－ｖｏｌｕｍｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ　ｏｖｅｒ　ａ　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ａｕｔｏｍｏ—　ｔｉｖｅ，ａｎｄ　ｂｉｏｍｅｄｉｃａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ＥＥＡＣＣ：１２０５；２５６０；２５７０Ｄ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：０２５３－４１７７（２００６）０９．１６７６－０５　十Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｕｎ９７＠ｍａｉｌｓ．ｔｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　９　Ｍａｒｃｈ　２００６，ｒｅｖｉｓｅｄ　ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　９　Ａｐｒｉｌ　２００６　⑥２００６　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ